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艦船火災危險源分析與辨識研究

文檔作者：張光輝1 浦金云1 王京齊1 耿洪建2 文檔來源： 1. 海軍工程大學動力工程學院 2. 海軍工程大學訓練部		點擊數：	更新時間： 2021年05月26日
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艦船火災危險源分析與辨識研究
張光輝1，浦金云1，王京齊1，耿洪建2
(1. 海軍工程大學 動力工程學院，湖北 武漢 430033；2. 海軍工程大學 訓練部，湖北 武漢 430033)
摘 要: 根據事故致因理論，設計艦船火災危險源分析與辨識的流程，確定各類火災危險源的辨識目標、模
式、內容、計算指標和方法，并以某艦船機艙為例進行研究。結果表明：機艙內的第 1 類火災危險源的危險度為
0.556，屬于較易起火艙室；第 2 類火災危險源滅火失效概率為 0.089；第 3 類火災危險源的檢查表分布中火災報警
和探測系統管理、消防安全巡檢和日常考核情況不合格，存在管理缺陷。研究方法可為消防設計者分析辨識火災隱
患，加強防護設計提供技術支撐，對于消除安全風險，完善管理制度，提高艦員安全意識和訓練效果具有重要的指
導意義。
關鍵詞：火災危險源；辨識；危險度
中圖分類號：X928.1；TK121 文獻標識碼：A
文章編號： 1672 – 7619(2016)11 – 0165 – 04 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7619.2016.011.035
Research on warship's fire risk analysis and identification
ZHANG Guang-hui1, PU Jin-yun1, WANG Jing-qi1, GENG Hong-jian2
(1. Power Engineering College Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China;
2. Training Department, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)
Abstract: Based on accident causation theory, the paper designed a warship's fire risk analysis and identification procedure,
established identification target, model, contents, calculation indexes and method. Then, the machine cabin was as an
example for calculating, the results were that the first category fires' risk degree was 0.556, the machine cabin belongs to an
easily burn cabin, the second category fire risks' invalid probability was 0.089, the third category fire existed some latent
dangers which fire alarms system, assess indexes, and safety inspection weren't qualified. The research can supply a help to
firefighting designers for analyzing and identifying fire risks, and also can eliminate safe hazard, improve safe consciousness,
offset manage system.
Key words: fire risk；identification；risk degree
0 引 言
按照火災科學和事故致因理論艦船火災危險源可
以分成 3 類：第 1 類是指一切能產生熱量和有毒、有
害煙氣的易燃物、可燃物及其燃燒產物；第 2 類是指
能動消防系統和非能動消防系統中存在的缺陷；第 3
類是指防火安全管理、組織以及其他不安全行為或因
素[1]。預防、限制和消除艦船火災的首要問題是用定
量的方法分析和辨識危險源的危險等級，評估滅火失
效的概率，找出管理和控制措施中存在的漏洞。采用
經驗、對照和實驗法可以分析和辨識第 1 類火災危險
源的危險性，采用系統安全分析法可以分析和辨識第
2 類和第 3 類火災危險源的安全隱患，得到的結論可
以應用于艦船日常安全管理、火災風險控制和事故調
查等方面，為艦船安全頂層設計和使用提供理論支撐[2]。
1 火災危險源分析和辨識流程
火災危險源分析和辨識分成 6 個基本步驟：確定
分析對象，調查火災危險源，第 1 類火災危險源分析
與辨識，第 2 類火災危險源分析與辨識，第 3 類火災
危險源分析與辨識，火災危險源控制和評估，基本流
程如圖 1 所示。
第 38 卷第 11 期艦 船 科 學 技 術Vol. 38, No. 11
2016 年 11 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Nov. , 2016
收稿日期: 2016 – 04 – 13； 修回日期: 2016 – 05 – 20
基金項目: 國家自然科學基金資助項目(50806071)
作者簡介: 張光輝(1979 – )，男，博士，講師，研究方向為艦艇安全技術與工程。萬方數據
2 艦船第 1 類火災危險源分析和辨識
第 1 類火災危險源分析和辨識的目標是確定對象
中火災危險源的危險性，主要表現為導致火災事故而
造成的嚴重程度方面。通常采用的方法有后果分析和
劃分危險等級 2 種方法，后果分析需要的數學模型準
確程度較高，數據較多，適用于特別重大危險源的危
險性評價，劃分危險等級是一種相對評價方法，較適
用于第 1 類火災危險源分析和辨識。
艦船火災主要發生在艙室內，因此第 1 類火災危
險源分析和辨識首要任務是描述艦船艙室結構、功
能、設備類型等，通過相關數據庫開展小尺度火災實
驗，綜合分析可燃物的熱物理性及燃燒特性參數，包
括火災載荷密度、可燃物起火后對環境的輻射熱流
量、自燃和閃點等指標[3]，辨識模式如圖 2 所示。
對于艦船單個艙室而言，常采用火災危險度因子
進行綜合描述，危險度因子函數為[4]：
Qf = (k1  k2  k3  k4  k5)0:2， (1)
式中：Qf 為艙室火災危險度；k1 為艙室內可燃物著火
k1 = CH??C1
CH??CL
k2 =
q
qm
k3 = C3
Cm
因子； ，CH 為艙室可燃物的最高燃點，℃；
CL 為艙室可燃物的最低燃點，℃；C1 為艙室主要可燃
物的燃點， ℃ ； k2 為艙室內可燃物負荷密度因子，
；q 為艙室內可燃物的可燃負荷，kg/m2；qm 為
艙室內潛在失火危險性最大時的可燃負荷，kg/m2；k3
為艙室內可燃物燃燒速度因子， ；C3 為艙室內
主要可燃物的燃燒速度，m/mim；Cm 為艙室內可燃物
的潛在最大燃燒速度，m/mim；k4 為艙室通風狀態因
子；k5 為艙室耐火因子。
3 艦船第 2 類火災危險源分析和辨識
第 2 類火災危險源需要調查火災引發的原因，主
要是系統防火設施、煙氣控排設施、火災探測與滅火
設施等消防安全措施的失效性情況，辨識模式如圖 3
所示。
艦船第 2 類火災危險源分析與辨識通常采用事件
樹分析法[5 – 7]，根據艦船消防系統布置情況及消防策略
的基本流程，可按照火災事故遞進的發展模式構建滅
火失效事件樹分析模型：火災發生→早期火災探測與
撲救→自動火災探測與撲救→人員現場火災探測與撲
救。早期火災探測與撲救主要考慮火災現場是否設置
有早期煙霧報警器或連續的損害管制人員（或值守人
員），自動火災探測與撲救主要考慮與自動消防設施
聯動的火災探測系統，人員現場火災探測與撲救則考
慮損害管制人員對火災信息的確認及后續響應，因此
滅火失效事件樹分析模型如表 1 所示。
由表可知，事件樹滅火失效概率為：
P (t) = P (E) + P (I) + P (M) 。
4 艦船第 3 類火災危險源分析和辨識
第 3 類火災危險源是第 2 類火災危險源的深層原
因，是事故發生的本質根源，據統計，艦船火災發生
絕大部分為第 3 類火災危險源造成[8 – 9]。其基本辨識模
式如圖 4 所示。
通常采用管理疏忽和風險樹（MORT）進行第 3
圖 1 火災危險源分析和辨識流程
Fig. 1 Fire risk analysis and identification procedure
圖 3 艦船第 2 類火災危險源分析和辨識模式
Fig. 3 Risk analysis and identification model of warship’s
second fire
圖 2 艦船第 1 類火災危險源分析和辨識模式
Fig. 2 Risk analysis and identification model of warship’s
first fire
· 166 · 艦 船 科 學 技 術第 38 卷
萬方數據
類火災危險源分析和辨識，該方法將分析的重點放在
管理因素上，用一種事先安排好的、系統的邏輯樹來
評價整個系統的危險。艦船火災第 3 類危險源主要有
安全操作規程、責任制度不健全，導致作業人員在操
作過程中操作不規范；對艦員的安全教育不足，重點
部位的艦員對本崗位的操作流程及所接觸的危險物質
認識不足；安全檢查和隱患治理工作不到位，特別是
對電氣設備、消防器材等關鍵設備的專業檢查不足，
壓力表、安全閥、防靜電等設施的檢查不足；未制定
應急預案；未定期進行損管操演；未定期、定崗進行
損管考核；火災通信、滅火組織指揮失誤導致災害進
一步擴大或災害不可控等。為預防第 3 類火災危險源
的發生，需找出各種不安全的因素，確定檢查項目，
常用安全檢查表來查明安全狀況問題，模板形式如表 2
所示。
5 某船機艙危險源分析和辨識
5.1 某船機艙描述
某船機艙長 20 m，寬 12 m，高 14 m，艙壁為 A60
防護鋼結構；分兩層布局，上層前部左舷布置有煙
囪、柴電分系統電源柜、直流 24 V 電源裝置、空調器
等；上層前部右舷布置有動力集控室、電源箱等，動
力集控室內部布置柴電機組顯控臺、電力推進集控
臺、電網監控箱、集中水冷監控裝置等。
上層后部布置 2 個容積 2 m3 柴油日用油柜，2 臺
功率為 5 MW 的熱氣機發電機箱裝體模塊，2 臺功率
為 20 kW 的淡水泵，3 臺功率為 30 kW 的排氣凝水
泵，2 臺功率為 30 kW 的淡水冷卻器，1 臺發電機控制
柜和相應的燃油、滑油管路及輔助設備等；下層布置
冷箱和代換水艙。
艙室內布置有溫感、煙感火災探測器，前后布置
有監控攝像裝置，平時要求 24 h 值班，安裝有七氟丙
烷滅火系統，配置有移動式滅火器材。
5.2 機艙第 1 類火災危險源的危險度計算
由機艙描述可知，機艙內的主要可燃物有柴油、
可燃電纜和滑油，按照危險度計算公式，各因子的計
算值如下：
1）燃燒因子 k1
柴油燃點為 220 ℃，電纜燃點為 300 ℃，滑油的
燃點為 400 ℃，主要可燃物為柴油，則燃燒因子 k1 = 1。
2）可燃物火災載荷密度因子 k2
q =
4  800
240 = 13:3
qm =
48:5
2 = 24:75
k2 =
13:3
24:75 = 0:537
考慮到管道內的燃油、滑油以及電纜絕緣外套的
重量相對日用油柜的柴油重量較小，因此可以忽略不
計， 總的可燃物載荷密度為
kg/m2，而潛在失火危險性最大時的可燃負荷取柴油輸
油管路破裂計算，單位時間內泄漏量為 48.5 kg/min，
鋪展面積速率約 2 m 2 / m i n， 則 ，
。
3）艙室內可燃物燃燒速度因子 k3
k3 =
0:024
0:035 = 0:69
主要可燃物燃燒形式為柴油噴射后在高溫垂直壁
面燃燒，潛在可燃物燃燒形式為柴油泄漏后在水平表
面燃燒，其燃燒速度分別為 0.024 g/m2·s 和 0.035 g/m2·s，
則 。
4）艙室通風狀態因子 k4
表 1 滅火失效事件樹分析模型
Tab. 1 Invalid event tree analysis model of firefight
火災發
生
早期探測與撲
救
自動探測與撲
救
人工探測與撲救
事件序
列
最終狀
態
探測撲救探測撲救探測
固定系
統
損管人
員
成功成功A 成功
成功成功B 成功
成功成功C 成功
成功D 成功
失敗E 失敗
失敗失敗成功成功F 成功
成功成功G 成功
成功H 成功
失敗I 失敗
失敗失敗失敗失敗成功成功J 成功
成功失敗成功K 成功
成功L 成功
失敗M 失敗
圖 4 艦船第 3 類火災危險源分析和辨識模式
Fig. 4 Risk analysis and identification model of warship’s
third fire
表 2 艦船第 3 類火災危險源檢查表
Tab. 2 The third fire risks check table of warship
序號檢查項目檢查內容檢查方法檢查位置
檢查結果
整改意見
合格不合格
1 – – – – – – –
2 – – – – – – –
…
第 38 卷張光輝，等：艦船火災危險源分析與辨識研究· 167 ·
萬方數據
艙室通風因子和通風狀態有關，考慮到艙室有空
調器，因此可取 k4 = 1。
5）艙室耐火因子 k5
依據《艦船消防要求》，結構材料的防火等級分
成 7 個等級，對于 A60 防火等級，k5 = 0.143。
因此，機艙第 1 類火災危險源的危險度 Qf=（0.537×
0.69×0.143）0 . 2 =0.556。按照《Fire aboard the M.S
SCANDI SEA》，當 0.5 < Qf < 0.9 時，艙室較易起火。
5.3 機艙第 2 類火災危險源的滅火失效概率計算
極早期煙感、溫感和監控探測器的失效概率為
0.02，氣體滅火系統聯動失效概率為 0.12，手動操作失
效概率為 0.05，而損管艦員滅火失效概率可用下式計算：
Ps = exp[(??)  t  Cs]， (2)
Cs =
2t1
(t1 + t2)
式中： λ 為不同類型火災的平均滅火速率， min– 1 ；
為艦船消防員滅火失效概率修正系數，t1
為艦船艦員平均響應時間，s； t2 為艦船專業消防艦員
平均響應時間，s；t 為艦船艦員滅火失效時間，s。
Ps = exp(??0:076  5  0:75) = 0:752
已知艦船消防艦員滅火平均響應時間 t1 = 5 min，
艦船專業消防艦員平均響應時間 t2 = 3 min，油類火災
的平均滅火速率 λ = 0.076 min– 1，假設機艙油火從火災
探測到艦員損管開始的時間為 5 m i n ， 則
。
P(I) = 0:000012 P(M) = 0:00088
P(t) = 0:089
由上式可計算， 事件 E 的發生概率
P（E）=0.98×0.12×0.752=0.088，事件 I 的發生概率
，事件 M 的發生概率 ，
故機艙第 2 類火災危險源的滅火失效概率
。
5.4 機艙第 3 類火災危險源檢查表
根據機艙第 1 類火災危險源辨識情況，針對柴
油、可燃電纜和滑油編制安全檢查表內容，按照機艙
第 2 類火災危險源辨識情況，針對消防設施可能存在
的缺陷編制安全檢查表內容，由于第 1 和第 2 類危險
源的產生由第 3 類危險源誘發，在管理缺陷上編制完
善安全檢查表內容，如表 3 所示。
6 結論及展望
1）本文構建了艦船第 1、2 和 3 類火災危險源分
析和辨識的目標、內容、模式和計算方法。通過某艦
船機艙實例計算表明，機艙內的第 1 類火災危險源的
危險度為 0.556，屬于較易起火艙室；第 2 類火災危險
源滅火失效概率為 0.089；第 3 類火災危險源的檢查表
分布中火災報警和探測系統管理、消防安全巡檢和日
常考核情況不合格，存在管理缺陷。
2）第 1 類火災危險源分析模式簡單，計算公式涉
及大量的無因次量，其值與火災載荷的物理、化學特
性有很大關系，要準確計算危險度的值，需要開展一
些小尺度火災特性參數試驗進行補充分析計算。
3）第 2 類火災危險源的分析辨識結論與各消防系
統的失效概率有很大關系，需大量的資料調研和火災
統計分析才能完善相關的數據庫；損管艦員的滅火行
為在消防系統的有效性性方面異常重要，其影響因素 t
值，需要采用火災模擬仿真的方法進行完善補充[9 – 10]。
(下轉第173頁)
表 3 艦船第 3 類火災危險源檢查表
Tab. 3 The third fire risks check table of the warship’s machine cabin
序
號
檢查項目檢查內容檢查方法檢查位置
檢查結果
合格不合格
1 電纜防火1. 敷設情況，2. 絕緣情況，3. 短路情況，4. 斷路情況現場檢測
監控臺、集控臺、
電源箱、泵等設備
√
2 柴油防火1. 輸油管路泄漏情況，2. 日用油柜泄漏情況現場檢測日用油柜和油管√
3 滑油防火滑油管路泄漏情況現場檢測滑油管路√
4
火災報警和探測系統管
理情況
1. 探測和報警系統靈敏度，2. 線路情況現場檢測機艙√
5 氣體滅火系統管理情況
1. 滅火藥劑有效性，2. 控制系統是否正常，3. 啟動平頭
閥及驅動情況
現場檢測機艙√
6 值班情況1. 值班登記本填寫情況，2. 設備使用登記本填寫現場查看機艙√
7 應急預案情況1. 應急預案是否完整，2. 應急預案是否合理現場查看機艙√
8 消防安全巡檢情況1. 安全巡檢檢查本情況，2. 整改措施落實情況現場查看機艙√
9 消防訓練和預演情況
1. 消防訓練和預演制度，2. 消防訓練和預演流程，3. 消
防訓練和預演效果
現場查看和
考核
機艙√
10 日常考核情況1. 日常考核制度，2. 日常考核成績現場查看機艙√
· 168 · 艦 船 科 學 技 術第 38 卷
萬方數據
向防御時會出現漏洞。滾體導彈發射裝置彈倉容量更
大，不需要頻繁裝填彈藥；另外在裝填彈藥時，也可
用定向能武器系統提供防御。表 2 為 3 種防空武器系
統的性能比較，可見 3 者具有很好的互補性。
此外，在環境允許情況下，航母還可通過集成光
學傳感器和高能激光系統，加強識別敵方飛機和水面
艦艇的能力。另外定向能武器還具備其他用途，包括
使敵方偵察飛機傳感器致盲、擊傷高速汽艇上的恐怖
分子等。
4 結 語
國外正在積極開展定向能武器技術研究，在高能
激光、微波等武器的技術方面已經有一定成就。定向
能武器可以用于為編隊提供反艦導彈防御能力和攻擊
來襲敵機的能力，未來美國航母將繼承定型能武器，
作為編隊防御的重要組成部分。
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[6]
(上接第168頁)
4）第 3 類火災危險源的分析辨識模式和安全檢查
表填制的工作量較大，不僅要對第 1 類和第 2 類火災
危險源進行深層原因分析，還要掌握艦船安全管理體
系、制度及各項技術要求，因此要將其計算機程序
化，便于規范管理和檢查。
本文的研究結果為消防設計者分析辨識火災隱
患，加強防護設計提供了技術支撐，對于艦船艦員檢
查安全漏洞、消除安全風險、增強安全意識、完善管
理制度、提高訓練效果具有重要的指導意義。
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